Тепловий генератор

Винахід відноситься до машинобудування, а більш конкретно - до тепловиробляючих пристроїв, здійснюючих генерацію пара і/або гарячої води (або іншої рідини), які використовують в якості теплових генераторів в енергетичному, опалювальному і те хнологічному уста ткуванні. Відомі пристрої для одержання пара або гарячої води - парові і водогрійні котли - вміщуючи барабан, топку, горілки, труби кип'ятильного (випарювального) пучка, спускні труби, колектори, водяний економайзер, повітряпідігрівач, газоходи, систему управління [1]. Недоліками відомих пристроїв є необхідність застосування - коли споживачу необхідні і пар, і гаряча вода окремого різнотипного устаткування: парових барабанних котлів і водогрійних котлів, що здорожує і ускладнює як будівництво, так і експлуатацію котельних. Відомий також пароводогрійний котельний агрегат, вміщуючий нагрівач у вигляді водогрійного котла, з'єднаний із споживачем гарячої води, і розширювач, паровий об'єм якого з'єднаний трубопроводом з котлом через регулюючий клапан і підключений іншим трубопроводом до споживача пара, а водяний об'єм - окремим трубопроводом до усмоктувальної лінії мережевого (живильного) насоса; у водяному об'ємі розширювача розміщені змійовики підігрівача води, підключені одним кінцем до виходу гарячої води із котла через окремий регулюючий клапан, а іншим кінцем - до споживача гарячої води через теплообмінник [2]. Недоліками відомого пристрою є: - невисока ефективність і економічність при одержанні робочих параметрів пара і горячої води; - обмежена можливість одержання значних кількостей пара із-за неприпустимо високого зростання гідравлічного опору контуру водогрійного котла; - значна металоємність, зв'язана із застосуванням і розміщенням змієвикового підігрівача води у розширювачі (що збільшує, до того ж, і металоємність самого розширювача), із застосуванням водогрійного котла в якості нагрівача, а також із застосуванням теплообмінника при подачі гарячої води споживачу; - пристрій не відноситься до категорії компактних, що є наслідком перерахованих вище недоліків і, в першу чергу, значної металоємності; Заявлений винахід вирішує задачу створення більш ефективного компактного і економічного пристрою для генерування теплової енергії у вигляді пара і/або гарячої води, з більш високою паропродуктивністю, із суттєво меншою металоємністю. Суть винаходу полягає у слідуючому Тепловий генератор, вміщуючий нагрівач, трубопроводи нагріваної і перегрітої води, насос, розширювач, обладнаний трубопроводом відведення робочого середовища і додатковим трубопроводом, з'єднуючим його з насосом, регулюючі клапани, має управляючий блок, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних регулятора температури і регулятора тиску, розміщених між нагрівачем і розширювачем; усередині розширювача розміщений барботажний пристрій, маючий перфораційні отвори на верхній і ніжній стінках і з'єднаний з трубопроводом перегрітої води, а сам розширювач додатково з'єднаний трубопроводом, маючим запиральний клапан, з трубопроводом підведення нагріваної води. Порівняний аналіз з прототипом показує, що заявлений пристрій відрізняється наявністю нових конструктивних рішень: має управляючий блок у вигляді послідовно з'єднаних регулятора температури і регулятора тиску, розміщених між нагрівачем і розширювачем; усередині розширювача розміщений барботажний пристрій, маючий перфораційні отвори на верхній і нижній стінках і з'єднаний з трубопроводом перегрітої води, а сам розширювач додатково з'єднаний трубопроводом, маючим запиральний клапан, з трубопроводом підведення нагріваної води. Таким чином заявлений пристрій відповідає критерію "новизна". В якості нагрівача у заявленого пристрою застосовується не водогрійний котел (з усіма притаманними йому недоліками), а більш сучасні пристрої, наприклад, тепловий генератор по патенту України №22095 [3], або гідродинамічний нагрівач ТЕК [4]. Тепловий генератор за зазначеним патентом України вміщує циліндричний корпус з вхідним і вихідним патрубками, у середині корпуса розміщений прискорювач потоку робочої рідини (у вигляді спіралі Архімеда), на вході якого установлений гідравлічний насос, вхідний патрубок установлений тангенціально, а вихідний – аксіально по відношенню до корпуса. Гідродинамічний нагрівач ТЕК має електронасос, ємність для води і спеціальний змішувач, в якому відбувається нагрівання за рахунок створення кавітації. Ці нагрівачі не мають традиційних нагрівальних елементів, а перетворюють кінетичну енергію в теплову. Можливе застосування і інших ефективних розробок. Заявлений пристрій забезпечує рішення поставленої задачі - створення більш ефективного, економічного пристрою для генерування теплової енергії у вигляді пара і/або гарячої води, з більш високою паропродуктивністю, з суттєво меншою металоємністю, компактного, з високим ступенем універсальності у порівнянні з відомим технічним рішенням, внаслідок того що: - управляючий блок, виконаний у вигляді послідовно з'єднаних регулятора температури і регулятора тиску, розміщених між нагрівачем і розширювачем, підтримує в нагрівачі тиск, перевищуючий тиск в розширювачі, і температуру ви ще температури насичення при конкретному тиску в розширювачі; це забезпечує, при відкриванні регулятора температури, можливість направити перегріту воду в розширювач, де відбувається пароутворення за рахунок ударного режиму закипання перегрітої води при різкому скиданні тиску. Цей процес забезпечує ефективне і економічне генерування пару або економічне нагрівання води (у випадку розміщення усередині розширювача барботажного пристрою і забезпечення надходження нагріваної води); - висока ефективність і економічність пристрою забезпечується також за рахунок зменшення витрати енергоносіїв, так як пароутворення при скиданні тиску відбувається з меншою роботою, затрачуваною на утворення бульбочок пара, а також за рахунок одержання додаткового тепла при конденсації пара в результаті "зхлопування" бульбочок пара при барботуванні через воду, а також за рахунок тепломасообмінних процесів при пароутворенні і конденсації, які відбуваються - в заявленому пристрої - без використання теплопередаючих поверхонь, що дуже суттєво; - відмова від застосування в якості нагрівача водогрійного котла, в сполучені із запропованим управляючим блоком і іншими відмітними ознаками, забезпечує збільшення паропродуктивності через зменшення гідравлічного опору в порівнянні з контуром водогрійного котла; - вилучення змійовикового підігрівача, розміщеного в розширювачі, і теплообмінника на лінії подання горячої води споживачу, заміна водогрійного котла на сучасний нагрівач суттєво знижують металоємність пристрою і його вартість, забезпечують його компактність; - передбачена конструктивно можливість реалізації пропонуємого пристрою у вигляді теплового генератора виробляючого пар - як базового технічного рішення, а також у вигляді його модифікацій (теплогенератор постачаючий споживачу і пар, і гарячу воду навперемінно). Таким чином, запропоноване технічне рішення має властивості, не притаманні відомим рішенням. На фіг.1 зображена принципова схема теплового генератора для одержання пара; на фіг.2 - схема теплового генератора для одержання пара і гарячої води навперемінно; на фіг.3 - вид по стрільці А фіг.2; Тепловий генератор складається із нагрівача 1, з яким з'єднані трубопроводи нагріваної води 2, через насос 3, і перегрітої води 4, управляючого блока 5, виконаного у вигляді послідовно з'єднаних регулятора температури 6 і регулятора тиску 7, розміщених між нагрівачем 1 і розширювачем 8, обладнаним трубопроводом робочого середовища 9, з регулюючим клапаном 10, і трубопроводом відведення конденсата 11, з регулюючим клапаном 12, з'єднаним з усмоктуючим патрубком насоса 3. Тепловий генератор (див. фіг.2) має, розміщений у розширювачі 8, барботажний пристрій 13, який з'єднаний з трубопроводом перегрітої води 4, при цьому розширювач 8 з'єднаний трубопроводом підведення нагріваної води 14, маючим запиральний клапан 15, з трубопроводом нагріваної води 2. Тепловий генератор (див. фіг.1) працює наступним чином. Нагрівана вода по трубопроводу 2 подається насосом 3 в нагрівач 1, де при нагріванні, регулятором тиску 7 блока управління 5 підтримується тиск більший, ніж в розширювачі 8; нагрівання здійснюється до температури більш високої, ніж температура насичення, відповідаюча тиску в розширювачі 8; ця температура встановлюється регулятором температури 6; при її досягненні регулятор температури прочиняється, і перегріта вода по трубопроводу 4, через регулятор тиску 7, надходить в розширювач 8; там відбувається пароутворення за рахунок бурхливого кипіння перегрітої води і, частково, за рахунок дроселювання в регуляторі тиску 7; через трубопровод робочого середовища 9 і регулюючий клапан 10 пар направляється до споживача. Тепловий генератор (див. фіг.2) працює наступним чином. При закритому запиральному клапані 15, нагрівана вода, надходжуюча по трубопроводу 2, перетворюється на пар і направляється до споживача по трубопроводу 9 аналогічно описаному вище. При відкритому запиральному клапані 15, перегріта вода - по трубопроводу 4 із нагрівача 1 - надходить в барботажний пристрій 13 і перетворюється на пар; одночасно, в розширювач 8 по трубопроводу 14 надходить нагрівана вода; бульбочки пара, проходячи через отвори барботажного пристрою 13 і через воду, "зхлопують" і віддають своє тепло воді, яка швидко нагрівається і по трубопроводу 9 направляється споживачу. Запропонований пристрій служить основою для розробки і виготовлення дослідних зразків теплових генераторів різних модифікацій - ефективних, економічних і компактних. Джерела інформації: 1. А.П.Баскаков, Б.В.Берг,, О.К.Вітт і ін. "Теплотехника". Підручник для вищих навчальних закладів; під ред А.П.Баскакова. - 2-е вид, перероб. - Москва; Енергоатомвидавн., 1991, стор.146-147, мал.18.1, 18.2. 2. Є.Ф.Бузніков, А.К. Крилов, Л.А. Лесніковський "Комбинированная выработка пара и горячей воды". Під ред. Є.Ф.Бузнікова. - Москва, Енерговидавн., 1981, стор.49-50, мал.3.7. 3. Патент України №22095, МКП 6 F22В3/06, заявка 95104607 від 20.10.95 p., публ. Промислова власність. Офіційний бюлетень, №4, 2000р., 3.1.401. 4. "Гідродинамічний нагрівач ТЕК", газета "Урядовий кур'єр", №176, 27 вересня 2000 року, стор.4.